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頻閃儀的應(yīng)用
日期：2024-09-29 19:14
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摘要：
在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中 ,涉及到各種各樣的檢查、測(cè)量和零件識(shí)別工作 ,其共同特點(diǎn)是連續(xù)大批量生產(chǎn)、 對(duì)外觀質(zhì)量的要求非常高 ,通常這種高度重復(fù)性的工作只能靠人工檢測(cè)來完成。生產(chǎn)線上的微小尺寸**快速測(cè)量、 形狀匹配、 顏色辨識(shí)等 ,由于被觀測(cè)物體高速運(yùn)動(dòng) ,人眼無法連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行觀察和檢驗(yàn) ,易出差錯(cuò)。頻閃儀觀測(cè)技術(shù)能較好地解決此難題。
頻閃儀也叫頻閃靜像儀或轉(zhuǎn)速計(jì) ,是能夠使作振動(dòng)、高速旋轉(zhuǎn)或周期運(yùn)動(dòng)構(gòu)件變成“ 靜止不動(dòng) ” 構(gòu)件的一種光學(xué)測(cè)量裝置。PS系列頻閃儀外觀如圖 1所示。
頻閃儀本身可以發(fā)出短暫又頻密的閃光,當(dāng)調(diào)節(jié)頻閃燈的閃動(dòng)頻率,使其與被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)速度接近或同步時(shí),被測(cè)物雖然高速運(yùn)動(dòng)著,但看上去卻是緩慢運(yùn)動(dòng)或相對(duì)靜止,這種視覺暫留現(xiàn)象使人目測(cè)就能輕易觀測(cè)到高速運(yùn)動(dòng)物體的表面質(zhì)量與運(yùn)行狀況 ,而頻閃儀的閃光速度即為被檢測(cè)物體(例如:馬達(dá) )轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)頻率 (印刷袋 ) ,亦可以利用頻閃儀分析物體振動(dòng)情況、 高速移動(dòng)物體的動(dòng)作以及高速攝影等。利用頻閃儀觀測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)在歐美已廣泛使用 ,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,越來越多的行業(yè)開始使用頻閃儀來幫助解決產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)問題。
頻閃儀構(gòu)成和工作原理
頻閃燈的工作原理是根據(jù)設(shè)定的頻率或根據(jù)外觸發(fā)頻率來控制閃光燈的閃爍頻率 ,作為一個(gè)完整的系統(tǒng)包括人機(jī)顯示界面、 調(diào)節(jié)和功能選擇按鍵、 閃光控制模塊、 閃光燈供電模塊和外觸發(fā)自動(dòng)跟蹤模塊等。頻閃儀的工作原理框圖 ,如圖 2所示
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,采用 LED數(shù)碼管作為人機(jī)顯示界面。LED顯示具有高亮、 長(zhǎng)壽命、 控制方便等特點(diǎn) ,只要保證驅(qū)動(dòng)電路的可靠性 ,就可以保證人機(jī)界面的長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性。參數(shù)設(shè)定或功能選擇方面 ,采用高可靠性的歐姆龍輕觸按鍵和具有快速調(diào)節(jié)功能的旋轉(zhuǎn)編碼器作為數(shù)據(jù)輸入元件 ,配以合理的軟件來提高參數(shù)設(shè)定的速度和方便性。作為一個(gè)使用比較方便的產(chǎn)品 ,必須具有參數(shù)保存的功能 ,在這里采用了非易失性存儲(chǔ)器 ,存放頻率、 工作模式等參數(shù)。
為了達(dá)到使用方便、 性能穩(wěn)定、 控制**等效果 ,整個(gè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得很重要。另外 ,在頻閃燈控制系統(tǒng)中還存在一個(gè)核心和難點(diǎn)的技術(shù) ,就是要保證閃光燈的供電電壓穩(wěn)定。只有保證電壓的穩(wěn)定性才能保證燈管閃爍的亮度一致 ,才能使閃光燈在高頻的情況下不會(huì)出現(xiàn)漏閃現(xiàn)象。因?yàn)闊艄茉诓煌l段閃爍的時(shí)候消耗的功率是不定的 ,所以難以控制。當(dāng)頻閃燈作為光源用于印刷質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí) ,對(duì)頻閃燈的性能又提出了一個(gè)更高的要求。頻閃燈在收到觸發(fā)信號(hào)后至燈管閃爍的時(shí)間必須一致 ,所以程序控制和電路設(shè)計(jì)就顯得更為重要。圖 3是軟件系統(tǒng)主程序流程圖 ,圖 4是按鍵處理模塊流程圖,圖 5是外觸發(fā)處理模塊流程圖。3個(gè)流程圖說明了整個(gè)軟件系統(tǒng)的工作模式 ,實(shí)現(xiàn)頻閃儀的頻閃及自動(dòng)頻率跟蹤功能。
頻閃儀主要技術(shù)指標(biāo)
經(jīng)過特別設(shè)計(jì) ,系列化的頻閃儀外觀如圖 1所示 ,主要技術(shù)指標(biāo)如下:
(1)電 源:交流 220 ± 10%V, 2A, 50Hz。
(2)功 率:**功率低于 200W。
(3)內(nèi)觸發(fā)頻率范圍: 1～500Hz。
(4)外觸發(fā)頻率范圍: 1～500Hz。
(5)單次工作時(shí)間:由功能鍵任意設(shè)定 (單位:30 s)。
(6)環(huán)境光照度:低于 10 000 lx。
(7)外部觸發(fā)信號(hào)范圍: 5～12V脈沖信號(hào)。
(8)照射**寬度:視頻閃儀長(zhǎng)度而定。
(9)尺寸 (長(zhǎng) × 寬 × 高 ) :800mm × 115mm × 180mm (三聯(lián) ) ,1250mm × 115mm × 180mm (四聯(lián))。
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實(shí)驗(yàn)室和教師介紹
實(shí)驗(yàn)室可提供的主要器材
頻閃儀1臺(tái)，其功能為頻率可調(diào)，頻率數(shù)值以數(shù)字顯示。
臺(tái)式小電風(fēng)扇1只，三片葉片上分別寫上A 、B、C，風(fēng)扇具有快慢檔。
微型電扇1只，其三片葉片上分別涂上三原色。
鋸條實(shí)驗(yàn)架1臺(tái)，所夾鋸條的長(zhǎng)度可調(diào)。
滴水管系統(tǒng)1套。
一維駐波實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、意義和要求
人眼是有“視覺暫留”的，利用這一特性，可用一定的頻率將拍攝的靜止畫面以連貫的動(dòng)作展現(xiàn)在屏幕上。將人類帶入現(xiàn)代社會(huì)的電影、電視就是利用這一原理。在科研生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，要知道某一物體運(yùn)動(dòng)的速度、運(yùn)動(dòng)的軌跡和變化的方向，利用頻閃法來測(cè)量是一種很好的方法。頻閃法與照相用的閃光燈原理基本相同，不過閃光燈是每按一次閃光一次，而頻閃儀是每隔一定時(shí)間發(fā)出一次閃光。用這種頻閃儀可測(cè)量電扇的轉(zhuǎn)速、水滴的流速、弦的振動(dòng)頻率和觀測(cè)一維駐波的特性等，從中可揭示一些運(yùn)動(dòng)物體的形成，規(guī)律、特點(diǎn)和內(nèi)在的物理含義。
實(shí)驗(yàn)前應(yīng)回答的問題
什么是人眼的“視覺暫留”？如果連續(xù)移動(dòng)的畫面的頻率與人眼“視覺暫留”特點(diǎn)的頻率不符時(shí)，連續(xù)移動(dòng)的畫面將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？
什么是頻率？什么是周期？什么是駐波？駐波有哪些主要參數(shù)？
什么是光的三原色？
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
打開小風(fēng)扇，開關(guān)置于滿檔位置，用頻閃燈照射其葉片(如圖1)，調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率，直至目視風(fēng)扇三葉片不動(dòng)，同時(shí)葉片上的字母也不動(dòng)時(shí)，方可記下它的頻率。另外將開關(guān)置于“快檔”按上述做法記下相應(yīng)的頻率。
實(shí)驗(yàn)1有時(shí)會(huì)看到6片葉片“靜止不動(dòng)”，分析此現(xiàn)象。并說明為什么必須滿足3片葉片和葉片上面的字母A，B，C都“不動(dòng)”的情況下方可記錄頻率。
如果葉片上不寫字母，如何測(cè)定電扇旋轉(zhuǎn)的頻率(實(shí)際上3個(gè)葉片“靜止不動(dòng)”的頻率將不止一個(gè))，從中探索測(cè)量電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的一般規(guī)律。
開啟微型電扇，在接近微型電扇的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率時(shí)，三原色葉片的邊緣部分將出現(xiàn)什么色彩？請(qǐng)仔細(xì)觀察。
將頻閃儀對(duì)準(zhǔn)夾有鋸條片的鐵架臺(tái)，用手按動(dòng)鋸條片使其上下作受迫振動(dòng)記下其振幅**時(shí)的頻率(因鋸條片所作阻尼振動(dòng)，容易衰減，所以記錄時(shí)要快)。
改變被振鋸條的長(zhǎng)度分別并記錄各自的振動(dòng)頻率，作出振動(dòng)頻率隨被振鋸條長(zhǎng)度變化的規(guī)律圖。
將頻閃儀對(duì)準(zhǔn)滴水管系統(tǒng),開啟滴水管的控制裝置，讓水滴自由下滴并調(diào)至合適的下滴速度，記錄水滴下滴的中間段的頻率。
以實(shí)驗(yàn)7記錄的頻率為基準(zhǔn)再將頻閃儀對(duì)準(zhǔn)水滴流的上部和下部，將會(huì)看到什么現(xiàn)象？
將頻閃儀對(duì)準(zhǔn)一維駐波實(shí)驗(yàn)儀開啟實(shí)驗(yàn)儀，任意給出一個(gè)駐波，調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率，直到整個(gè)波形穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)，記錄此時(shí)的頻率。
頻閃儀，也叫頻閃燈,或者稱之為特殊類型的“轉(zhuǎn)速計(jì)”，他利用同步靜止的原理測(cè)量印刷等機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速值。主用用在印刷廠,某公司專門印刷餐巾紙上的圖片,選擇了美國(guó)蒙拿多DBX系列頻閃儀。
工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜多樣造成了對(duì)頻閃檢測(cè)儀的不同需求， 頻閃儀類型按照應(yīng)用環(huán)境和使用方式的不同，將頻閃儀分為便攜式、在線式、燈頭分離式，專用型和通用型等。特殊應(yīng)用的頻閃儀還有帶有靜像視頻檢查功能的靜止畫面系統(tǒng)、防爆、防水、UV等種類。
頻閃儀的選型主要有幾下幾點(diǎn)：
1.轉(zhuǎn)速范圍和精度；
2.供電方式：交流220V還是充電電池；對(duì)亮度要求不高的,建議選擇充電電池的,也就是便攜式的頻閃儀.還有一種就是用交流電源的, 燈頭分離式頻閃儀，在使用時(shí)需要接入220V的交流電源。
3.儀器的輕便性；便攜式的頻閃儀的特點(diǎn)是便于隨身攜帶，小巧輕便，這種頻閃儀多使用大容量的鎳氫充電電池供電，這樣便于頻閃儀在生產(chǎn)線的不同位置更靈活的使用。燈頭分離式頻閃儀系列儀器都帶有單獨(dú)的電氣控制箱，燈頭體積較大，一般采用固定式安裝，其特點(diǎn)是：亮度高、照射面積大、燈管壽命長(zhǎng)、可連續(xù)作業(yè)。
4.國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口？
另外，了解大概預(yù)算就更好。目前頻閃儀品牌，進(jìn)口有日本新寶，美國(guó)蒙拿多，德國(guó)testo，臺(tái)灣路昌,國(guó)產(chǎn)有蘭泰等，總有一款適合您。還有一中就是專用型頻閃儀，是根據(jù)各行業(yè)對(duì)頻閃儀的需求不同而專門開發(fā)的行業(yè)專用型頻閃檢測(cè)儀。
工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜多樣造成了對(duì)頻閃檢測(cè)儀的不同需求， 頻閃儀類型按照應(yīng)用環(huán)境和使用方式的不同，將頻閃儀分為便攜式、在線式、燈頭分離式，專用型和通用型等。特殊應(yīng)用的頻閃儀還有帶有靜像視頻檢查功能的靜止畫面系統(tǒng)、防爆、防水、UV等種類。
頻閃儀的選型主要有幾下幾點(diǎn)：
1.轉(zhuǎn)速范圍和精度；
2.供電方式：交流220V還是充電電池；對(duì)亮度要求不高的,建議選擇充電電池的,也就是便攜式的頻閃儀.還有一種就是用交流電源的, 燈頭分離式頻閃儀，在使用時(shí)需要接入220V的交流電源。
3.儀器的輕便性；便攜式的頻閃儀的特點(diǎn)是便于隨身攜帶，小巧輕便，這種頻閃儀多使用大容量的鎳氫充電電池供電，這樣便于頻閃儀在生產(chǎn)線的不同位置更靈活的使用。燈頭分離式頻閃儀系列儀器都帶有單獨(dú)的電氣控制箱，燈頭體積較大，一般采用固定式安裝，其特點(diǎn)是：亮度高、照射面積大、燈管壽命長(zhǎng)、可連續(xù)作業(yè)。
4.國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口？
另外，了解大概預(yù)算就更好。目前頻閃儀品牌，進(jìn)口有日本新寶，美國(guó)蒙拿多，德國(guó)testo，臺(tái)灣路昌,國(guó)產(chǎn)有蘭泰等，總有一款適合您。還有一中就是專用型頻閃儀，是根據(jù)各行業(yè)對(duì)頻閃儀的需求不同而專門開發(fā)的行業(yè)專用型頻閃檢測(cè)儀。
閃光頻閃攝影又稱連閃攝影，是借助于電子閃光燈的連續(xù)閃光，在一個(gè)畫面上記錄動(dòng)體的連續(xù)運(yùn)動(dòng)過程。頻閃攝影從器材上一般分為兩類：一是利用自動(dòng)頻率電子閃光燈(簡(jiǎn)稱電子頻閃燈)拍攝；二是利用普通閃光燈組拍攝。由于拍攝的工具和方法不同，頻閃照片的效果也各具特色。
我們先來看電子頻閃燈拍攝頻閃照片的方法。
電子頻閃燈是一種新型的攝影照明燈具，當(dāng)這種燈充足電后，可以像連發(fā)**一樣，一次緊接一次地頻繁閃光。高頻電子頻閃燈的閃光頻率可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，閃光頻率越高，底片曝光次數(shù)越多，在照片上出現(xiàn)的影像也越多。一般來說，這種燈每秒鐘的閃光次數(shù)可達(dá)幾十次甚至上百次。用電子頻閃燈拍攝一個(gè)動(dòng)體時(shí)，畫面上可以留下幾十個(gè)重疊、錯(cuò)落有致的影像。這些以一定規(guī)律間隔產(chǎn)生的影像，可以給人一種節(jié)奏感強(qiáng)烈的視覺感受，它可以使人感到新奇，是因?yàn)橛酶咚兕l率將景物凝固在一張畫面上的視覺效果，比平時(shí)僅憑肉眼是無法看到的。
用電子頻閃燈拍攝頻閃照片應(yīng)選擇一個(gè)黑色的背景，被攝者距離背景盡可能遠(yuǎn)些，以避免頻閃光照亮背景，從而影響主體的效果。如果主體距離背景比較近，**使閃光燈與被攝動(dòng)體形成側(cè)光和側(cè)逆光的照射角度，被攝動(dòng)體也**有明顯的輪廓線條，從而防止影像與背景的色調(diào)混雜。
如果沒有頻閃閃光燈，用普通的閃光燈拍攝頻閃畫面，可以采用以下的技巧：
一是用多個(gè)閃光燈形成一組光源拍攝頻閃照片。由于閃光燈組的拍攝間隔時(shí)間不可能很緊密，所以用普通閃光燈組連續(xù)閃光，只能產(chǎn)生幾個(gè)完整的、比較清晰的影像，各影像之間一般互不重疊，動(dòng)感和節(jié)奏感相對(duì)差些。
在拍攝時(shí)，首先要確定在畫面上準(zhǔn)備留下幾個(gè)什么姿態(tài)的影像，影像與影像之間間隔多大距離，影像與影像之間是否要用虛影相連等，然后決定閃光燈的位置及數(shù)量。其次要先擇一個(gè)深色的背景。通常以夜間拍攝為好，用低角度仰拍，以黑暗的天空為背景，或是找一間寬敞的房間，以保證被攝運(yùn)動(dòng)物體的影像不受于擾。另外，為了使畫面整潔，主體突出，拍攝現(xiàn)場(chǎng)除了主要照明用的閃光燈外，其余光源**關(guān)閉。若是拍攝人物動(dòng)態(tài)，為了讓人物搞清運(yùn)動(dòng)方向，可以在現(xiàn)場(chǎng)安置少量很暗的燈光，光源盡量靠近地面，與被攝動(dòng)體呈逆光照射角度。
正式拍攝時(shí)，打開照相機(jī)的B門，用快門線將其鎖定，使照相機(jī)的快門處于開啟的狀態(tài)，然后讓動(dòng)體開始運(yùn)動(dòng)，拍攝者用手操縱閃光燈，根據(jù)動(dòng)體的不同運(yùn)動(dòng)姿態(tài)逐次閃光。需要拍三個(gè)影像，就用三只閃光燈先后三次閃光；需要拍攝六個(gè)影像，可以用三只閃光燈每只閃二次，也可以用六只閃光燈先后六次閃光。**是找多個(gè)助手分別操作閃光燈，達(dá)成默契后，效果也是比較理想的。
如果動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度比較綬慢，運(yùn)動(dòng)過程較長(zhǎng)，那么可用單個(gè)普通閃光燈進(jìn)行拍攝。這樣的頻閃方法是讓閃光燈充足電，鎖定照相機(jī)B門后，在動(dòng)體開始運(yùn)動(dòng)的瞬間使閃光燈閃光，錄下**個(gè)影像；等進(jìn)入下一個(gè)造型時(shí)，再閃光，錄下**個(gè)影像；這樣，經(jīng)過多次閃光后，在一張照片上就會(huì)留下多個(gè)不同姿態(tài)的動(dòng)體形象。
頻閃攝影的曝光量應(yīng)該如何掌握？如果幾個(gè)影像是互相分開的，曝光量就按通常單燈閃光計(jì)算。如果幾個(gè)影像緊密相連，而且局部重疊，那么這些影像的曝光量，就會(huì)隨著閃光次數(shù)的增加而遞增，因此，在重疊連閃時(shí)，曝光量應(yīng)減少1-2級(jí)光圈。為了給動(dòng)體提供較大的活動(dòng)范圍，同時(shí)便于記錄動(dòng)體每個(gè)階段的動(dòng)作，拍攝時(shí)**使用廣角鏡頭。為了更有把握，**在拍攝前進(jìn)行幾次試驗(yàn)，讓動(dòng)體或人物在確定的拍攝范圍內(nèi)練習(xí)幾次，使拍攝雙方都能配合默契，這樣拍攝就有把握了 